Основные методы поиска оптимальных конструктивных решений

Метод морфологического анализа и синтеза был разработан в 30-х годах 19-го века швейцарским астрономом Фрицем Цвикки для конструирования астрономических приборов. Первое весьма результативное практическое применение метода было продемонстрировано в 1942 году в США (фирма «Аэроджет инженеринг корпорейшн»), где Ф. Цвикки в короткое время получил несколько десятков новых технических решений ракетных двигателей и ракет, среди которых, как оказалось позже, были предложены решения, повторяющие немецкие ракеты ФАУ-1, ФАУ-2.

Рассматриваемый морфологический метод основан на комбинаторике. Суть его состоит в том, что в интересующем изделии или объекте выбирают группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты, то есть возможные варианты его исполнения или реализации. Комбинируя между собой различные альтернативные варианты, можно получить множество различных решений, в том числе представляющих практический интерес.

Для выполнения этих процедур для каждого этапа проектирования составляют так называемую морфологическую (структурную) карту, которая дает все возможные решения проблемы с учетом заданных ограничений. Представление материала в такой форме позволяет конструктору сразу охватить все возможные варианты решений и систематизировать процесс выбора оптимального варианта.

Например, для изделия «нож» в табл. 1 приведён перечень признаков и альтернативных вариантов.

Таблица 1

Морфологическая таблица на изделие

«Нож для резания пищевых продуктов»

Если из каждой строки этой таблицы взять по одному варианту, то получится некоторая конструкция ножа.

Число возможных конструкций, представленных в табл. 12.2, равно произведению числа вариантов в каждой строке, то есть 5*5*4*3*5 = 1500.

Морфологический метод заключается в построении морфологической таблицы, заполнении её возможными альтернативными вариантами и в выборе из всего множества получаемых комбинаций наиболее подходящих и наилучших решений.

Морфологические методы в 50 - 60-е годы нашли широкое распространение в США, Западной Европе, а также в нашей стране. Ф. Цвикки разработал несколько модификаций своего метода.

Метод мозгового штурма. Метод мозгового штурма основан на коллективном обсуждении специалистами различных предложений по решению поставленной перед ними задачи. В ходе обсуждения каждый участник может выдвинуть свои предложения, но при этом он должен воздерживаться от критики других предложений, так как обсуждение должно носить характер свободного и доброжелательного обмена мнениями.

На совещании ставятся вопросы типа: как это сделать? Где это может быть сделано? Какую пользу принесет такое решение? Кто должен этим заниматься? и т. д.

Для того чтобы такое совещание было эффективным, его нужно хорошо подготовить: собрать необходимый для обсуждения материал, тщательно подобрать участников совещания, которые по складу характера и мышления должны быть аналитиками, а не критиками (последним качеством должны обладать эксперты) и, разумеется, должны быть квалифицированными специалистами в тех областях, которые связаны с рассматриваемой проблемой.

Метод синектики. Метод синектики, как и метод мозгового штурма, основан на коллективном поиске лучших технических идей. Но к решению задачи подходят иначе: собираются широко эрудированные специалисты разных профессий, представители разных областей науки и техники для того, чтобы обсудить выдвигаемую проблему с самых разных точек зрения. Отсюда и название метода – от греческого «синектика», что означает совмещение разнородных элементов.

Уже сам подбор участников совещания и постановка вопросов, на которые они должны ответить, предопределяют новизну и нешаблонность выдвигаемых на совещании предложений. Эти предложения часто основываются на аналогии явлений, наблюдаемых в природе и в технических системах, не исключают они и элементов научной фантастики. В ходе такого обсуждения круг нерешенных вопросов постепенно сужается, и нередко рождаются новые оригинальные идеи по решению данной проблемы.

Функционально-стоимостной анализ. Начиная с конца 60-х годов в инженерной практике технически развитых стран стал быстро распространяться новый подход снижения стоимости (затрат) и повышения качества продукции. Этот подход назвали функционально-стоимостным анализом (ФСА). Многочисленная статистика разных стран показывает, что ФСА позволяет на 1 денежную единицу затрат получить 6 - 10 единиц экономии.

Одна из главных задач управления потребительскими свойствами изделий – минимизация составляющих себестоимости. Эффективным методом ее решения является функционально-стоимостной анализ.

Главная особенность ФСА состоит в комплексном подходе к выявлению лишних или завышенных функций нового или модернизируемого изделия, с которыми связаны дополнительные затраты при его производстве и эксплуатации, и оптимизации на этой основе соотношения между потребительскими свойствами изделия и его себестоимостью.

Наиболее ответственным этапом в создании изделия, отвечающего этим требованиям, является разработка его конструкции, при которой закладываются решения, во многом предопределяющие возможность использования экономичной и ресурсосберегающей технологии, применение автоматизированной системы проектирования и современной организации производства.

Основная суть ФСА заключается:

- в применении системного подхода при выявлении по возможности всех излишек затрат (трудоёмкость, расход материалов и энергии и т.д.) в существующих или проектируемых изделиях;

- в систематическом применении методов технического творчества и поискового конструирования при поиске новых технических решений с пониженными затратами;

- в чёткой организации работ, исходящей от руководства предприятием и направленной на проведение ФСА и реализацию его предложений.

При проведении ФСА последовательно выполняют следующую работу:

а) выявляют и определяют функции (назначение) элементов изделия;

б) оценивают стоимость выполнения каждой функции (в виде расхода материала, энергии, денежных затрат и т.д.);

в) выделяют лишние (ненужные) функции и функции с чрезмерными затратами на реализацию;

г) исключают элементы с ненужными функциями и выбирают более рациональные технические решения элементов с чрезмерными затратами;

д) реализуют на практике результаты ФСА.

Рабочий план проведения ФСА включает следующие этапы и виды работ: подготовительный этап; информационно-аналитический этап; поисково-исследовательский этап; разработка и внедрение результатов; сбор и анализ информации.